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| Eine Mustererkennungs- und Klassifikationssoftware wurde entwickelt, um Staubteufel automatisch in Bildern der Marsoberfläche zu detektieren. Da die Quantität an Bildern, die Raumsonden aus dem Orbit von Mars aufnehmen, stetig wächst, ist der Zeitaufwand viel zu hoch, um jedes Bild nach räumlich und zeitlich sehr variablen Objekten wie Staubteufeln zu durchsuchen. Aus diesem Grund wurde die Methode der Mustererkennung benutzt, um eine völlig neue Art der Suche nach Staubteufeln durchzuführen. Bilder der drei Marsmissionen Viking, Mars Global Surveyor und Mars Express können prozessiert und erstmals automatisch nach den gewünschten Objekten durchsucht werden. Viking Bilder, die Staubteufel enthalten, wurden als Datenbasis benutzt, um eindeutige Staubteufelmerkmale zu extrahieren und die erhaltenen Parameter bildeten den Merkmalsvektor. Verschiedene Klassifikationsmethoden wurden getestet und ein zweischichtiges Perzeptron (neuronales Netz) erzielte die besten Ergebnisse als Klassifikator. Notwendige Anpassungen und Erweiterungen komplettieren die Software, so dass sie auch auf Mars Global Surveyor Mars Orbiter Camera (MOC), Mars Express High Resolution Stereo Camera (HRSC) und eventuell noch folgende Bilder zukünftiger Missionen angewendet werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass der Standard-Staubteufel gefiltert und korrekt klassifiziert wird. Die zwei Hauptmerkmale, der helle Fleck, der die Staubsäule darstellt, und der Schatten, müssen aus dem Bildhintergrund herausgefiltert werden können. Kraterränder und Hügel stellen die Objekte dar, die am häufigsten als Staubteufel missklassifiziert werden. Die drei Regionen, Amazonis Planitia, Syria Planum und Chryse Planitia, wurden nach Staubteufeln durchsucht, indem die Software auf alle HRSC Bilder angewendet wurde, die diese Gebiete abdecken. Insgesamt wurden 205 Staubteufel analysiert, inklusive Staubteufel aus Bildern, von denen schon vorher bekannt war, dass sie welche beinhalten. Eine detaillierte Statistik wurde erstellt, die Durchmesser und Höhen beinhaltet, und ebenso zum ersten Mal die Vorwärtsgeschwindigkeit von Staubteufeln. Die Tageszeit, Jahreszeit und Ort der Staubteufelentdeckungen sind ebenfalls erfasst. Der mittlere Durchmesser beträgt 230 m, die Höhe ist im Mittel 660 m. Das Staubteufel-Vorkommen richtet sich nach der täglichen Sonneneinstrahlung und beginnt am späten Vormittag und reicht bis zum späten Nachmittag. Die meisten wurden im Frühling und Sommer der jeweiligen Hemisphäre beobachtet, aber ihre Enstehung wurde ebenso im Herbst und speziell auch im Winter gesehen. Staubteufel bewegen sich mit dem Umgebungswind vorwärts, sogar bei hohen Windgeschwindigkeiten, was früher als Hinderungsgrund verstanden wurde, dass Staubteufel sich überhaupt bilden können. Die berechneten Staubteufel-Geschwindigkeiten können als indirekte Messungen der bodennahen Windgeschwindigkeiten gesehen werden. Staubteufel entwickeln sich, wo immer die atmosphärischen Bedingungen günstig sind, und beschränken sich nicht auf bestimmte Gebiete oder Höhenlagen. Ein Vorzugsgebiet für Staubteufelaktivität scheint es allerdings zwischen 50 und 60 Grad südlicher Breite aufgrund des aufsteigenden Astes der Hadley-Zirkulation zu geben. Das zuvor beobachtete häufige Vorkommen von Staubteufeln in Amazonis Planitia konnte bis jetzt nicht bestätigt werden. Der südliche Teil von Chryse Planitia scheint eine Region zu sein, die sich vorteilhaft auf die Entstehung von Staubteufeln auswirkt. Die Dauer von Staubteufeln beträgt nur ein paar Minuten, wächst aber mit der Größe an und erreichte bis zu 30 min. Alle ermittelten Staubteufel-Merkmale wurden benutzt, um die Staubheberate eines typischen HRSC Staubteufels zu berechnen. Die verlässlichsten Werte ergaben 9.39E-04 bis 2.35E-01 kg/m2/a. Dies weist auf einen deutlichen Beitrag zum Staub-Zyklus auf dem Mars durch Staubteufel hin. Ein Vergleich zwischen Staubteufeln, die vom Rover Spirit fotografiert wurden, und denen, die von HRSC gesehen wurden, ergab, dass sich die meisten Ergebnisse ergänzen. Dies impliziert für die Zukunft, dass Staubteufel am besten mit beiden Methoden untersucht werden, von der Oberfläche aus mit einem Lander und mit Bildern aus dem Orbit. | German |
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